KR20160142827A - Energy storage device, anode thereof, and method of fabricating an energy storage device - Google Patents
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Abstract
에너지 저장 장치는 캐소드, 애노드, 및 캐소드와 애노드 사이의 분리막을 포함할 수 있고, 애노드는 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함한다. 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 경질 탄소를 포함하고, 제2리튬 이온이 삽입된 성분은 흑연 또는 연질 탄소를 포함할 수 있다. 경질 탄소 대 흑연 또는 경질 탄소 대 연질 탄소의 비는 1:19 내지 19:1일 수 있다. 애노드는 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분, 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함할 수 있다. 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 경질 탄소를 포함할 수 있고, 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 연질 탄소를 포함할 수 있고, 제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 흑연을 포함할 수 있다.The energy storage device may include a cathode, an anode, and a separation membrane between the cathode and the anode, wherein the anode includes a carbon component into which the first lithium ion is inserted and a carbon component into which the second lithium ion is inserted. The carbon component into which the first lithium ion is inserted includes hard carbon, and the component into which the second lithium ion is inserted may include graphite or soft carbon. The ratio of hard carbon to graphite or hard carbon to soft carbon may be from 1:19 to 19: 1. The anode may include a carbon component in which the first lithium ion is inserted, a carbon component in which the second lithium ion is inserted, and a carbon component in which the third lithium ion is inserted. The carbon component into which the first lithium ion is inserted may include light carbon, the carbon component into which the second lithium ion is inserted may include soft carbon, and the carbon component into which the third lithium ion is inserted may include graphite .
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기술분야Technical field
본 발명은 에너지 저장 장치, 구체적으로 에너지 저장 장치 전극의 조성물 및 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an energy storage device, and more particularly, to a composition and method of manufacturing an energy storage electrode.
다양한 형태의 에너지 저장 장치는, 예를 들면, 캐패시터, 배터리, 캐패시터-배터리 하이브리드 및/또는 연료 전지를 포함하는 전자 장치를 구동하기 위해서 사용될 수 있다. 개선된 전극 제형 및/또는 제작 공정을 사용하여 제조된 전극을 갖는 에너지 저장 장치, 예를 들면, 리튬 이온 캐패시터는, 개선된 캐패시터 전기적 성능을 촉진할 수 있다. 개선된 전극 제형 및/또는 제조 공정을 사용해서 제조된 전극을 갖는 리튬 이온 캐패시터는, 개선된 사이클링 성능, 감소한 등가 직렬 저항(ESR), 증가한 파워 밀도 성능 및/또는 증가한 에너지 밀도 성능을 입증할 수 있다. 개선된 전극 제형 및/또는 제조 공정에 의해 에너지 저장 장치의 제조 비용 감소를 촉진할 수 있다.Various types of energy storage devices may be used to drive electronic devices including, for example, capacitors, batteries, capacitor-battery hybrids, and / or fuel cells. An energy storage device, for example, a lithium ion capacitor, having electrodes fabricated using an improved electrode formulation and / or fabrication process can promote improved capacitor electrical performance. Lithium-ion capacitors with electrodes fabricated using improved electrode formulations and / or fabrication processes can demonstrate improved cycling performance, reduced equivalent series resistance (ESR), increased power density performance, and / or increased energy density performance have. Improved electrode formulations and / or manufacturing processes can facilitate reduction in the manufacturing cost of the energy storage device.
실시형태는 캐소드, 애노드, 및 애노드와 캐소드 사이의 분리막을 포함한다. 애노드는 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함할 수 있다.Embodiments include a cathode, an anode, and a separator between the anode and the cathode. The anode may include a carbon component into which the first lithium ion is inserted and a carbon component into which the second lithium ion is inserted.
일 실시형태에서, 에너지 저장 장치는 리튬 이온 캐패시터를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 에너지 저장 장치는 리튬 이온 배터리의 애노드 및 캐소드를 포함할 수 있다.In an embodiment, the energy storage device may comprise a lithium ion capacitor. In one embodiment, the energy storage device may comprise an anode and a cathode of a lithium ion battery.
일 실시형태에서, 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 경질 탄소일 수 있다. 일 실시형태에서, 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 연질 탄소 또는 흑연일 수 있다.In one embodiment, the carbon component into which the first lithium ion is inserted may be light carbon. In one embodiment, the carbon component into which the second lithium ion is inserted may be soft carbon or graphite.
에너지 저장 장치는 제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 연질 탄소 또는 흑연 중 다른 하나일 수 있다.The energy storage device may include a carbon component into which the third lithium ion is inserted. In one embodiment, the carbon component into which the third lithium ion is inserted may be another one of soft carbon or graphite.
일 실시형태에서, 애노드는 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 약 1:19 내지 약 19:1의 비로 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 비는 약 1:1이다. 일 실시형태에서, 애노드는, 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 약 80 중량% 내지 약 97 중량% 포함한다.In one embodiment, the anode may comprise a carbon component into which the first lithium ion is inserted and a carbon component into which the second lithium ion is inserted in a ratio of about 1:19 to about 19: 1. In one embodiment, the ratio is about 1: 1. In one embodiment, the anode comprises about 80 wt% to about 97 wt% of the carbon component into which the first lithium ion is intercalated and the second lithium ion is intercalated.
일 실시형태에서, 에너지 저장 장치의 애노드는 에너지 저장 장치의 전기전도도를 개선하기 위해서 구성되는 전도성 첨가제를 포함할 수 있다.In one embodiment, the anode of the energy storage device may comprise a conductive additive configured to improve the electrical conductivity of the energy storage device.
실시형태는 에너지 저장 장치의 애노드를 포함하고, 애노드는 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함할 수 있다.Embodiments include an anode of an energy storage device, wherein the anode may comprise a carbon component into which a first lithium ion is inserted and a carbon component into which a second lithium ion is inserted.
일 실시형태에서, 에너지 저장 장치는 리튬 이온 캐패시터를 포함할 수 있다.In an embodiment, the energy storage device may comprise a lithium ion capacitor.
일 실시형태에서, 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 경질 탄소일 수 있다. 일 실시형태에서, 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 연질 탄소 또는 흑연일 수 있다.In one embodiment, the carbon component into which the first lithium ion is inserted may be light carbon. In one embodiment, the carbon component into which the second lithium ion is inserted may be soft carbon or graphite.
애노드는 제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함할 수 있다.The anode may comprise a carbon component having a third lithium ion inserted therein.
일 실시형태에서, 애노드는 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 약 1:19 내지 약 19:1의 비로 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 애노드는 결합된 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 약 80 중량% 내지 약 97 중량% 포함할 수 있다.In one embodiment, the anode may comprise a carbon component into which the first lithium ion is inserted and a carbon component into which the second lithium ion is inserted in a ratio of about 1:19 to about 19: 1. In one embodiment, the anode may comprise from about 80% to about 97% by weight of the carbon component into which the combined first lithium ion is inserted and the carbon component into which the second lithium ion is inserted.
실시형태는 에너지 저장 장치의 제조 방법을 포함하고, 상기 방법은 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 제공하는 단계; 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 제공하는 단계; 섬유화 가능한 바인더 성분을 제공하는 단계; 및 전극을 형성하는 전극 필름 혼합물을 제공하기 위해, 상기 섬유화 가능한 바인더 성분, 상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 결합하는 단계를 포함한다.An embodiment includes a method of manufacturing an energy storage device, the method comprising: providing a carbon component into which a first lithium ion is embedded; Providing a carbon component into which a second lithium ion is inserted; Providing a fiberizable binder component; And combining the fibrous binder component, the carbon component into which the first lithium ion is inserted, and the carbon component into which the second lithium ion is inserted, to provide an electrode film mixture forming the electrode.
일 실시형태에서, 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 경질 탄소일 수 있고 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 연질 탄소 또는 흑연일 수 있다. 일 실시형태에서, 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 연질 탄소일 수 있고 전극 필름 혼합물은 경질 탄소 및 연질 탄소를 약 1:1의 비로 포함할 수 있다. In one embodiment, the carbon component into which the first lithium ion is inserted may be light carbon and the carbon component into which the second lithium ion is inserted may be soft carbon or graphite. In one embodiment, the second lithium ion intercalated carbon component may be soft carbon and the electrode film mixture may comprise hard carbon and soft carbon in a ratio of about 1: 1.
일 실시형태에서, 상기 방법은 제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 흑연일 수 있다.In one embodiment, the method may comprise providing a carbon component into which a third lithium ion is inserted, and the carbon component into which the third lithium ion is inserted may be graphite.
일 실시형태에서, 전극 혼합물은, 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분, 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 약 80 중량% 내지 약 97 중량% 포함할 수 있다.In one embodiment, the electrode mixture comprises about 80% to about 97% by weight of the carbon component into which the first lithium ion is inserted, the carbon component into which the second lithium ion is inserted, and the carbon component into which the third lithium ion is inserted .
일 실시형태에서, 상기 방법은, 섬유화 가능한 바인더 성분 및 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함하는 전극 혼합물을 제공하기 위해, 섬유화 가능한 바인더 성분을 섬유화하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 방법은, 전극 필름을 형성하기 위해, 섬유화 가능한 바인더 성분 및 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함하는 전극 필름 혼합물을 압축하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the method comprises the steps of: fiberizing a fibrous binder component to provide an electrode mixture comprising a fibrous binder component and a carbon component into which a first lithium ion has been inserted and a carbon component into which a second lithium ion has been inserted Step < / RTI > In one embodiment, the method comprises the steps of compressing an electrode film mixture comprising a fibrous binder component and a carbon component into which a first lithium ion has been inserted and a carbon component into which a second lithium ion has been inserted to form an electrode film . ≪ / RTI >
일 실시형태에서, 상기 방법은, 전도성 탄소 성분을 제공하는 단계, 및 전극 필름 혼합물을 제공하기 위해 전도성 탄소 성분을 섬유화 가능한 바인더 성분, 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분과 결합하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the method comprises the steps of providing a conductive carbon component, and providing a binder component capable of fibrousizing the conductive carbon component, a carbon component having a first lithium ion intercalated therein, and a second lithium ion intercalated Lt; RTI ID = 0.0 > carbon < / RTI >
일 실시형태에서, 에너지 저장 장치는 리튬 이온 캐패시터를 포함할 수 있고, 전극은 리튬 이온 캐패시터의 애노드를 포함할 수 있다.In one embodiment, the energy storage device may comprise a lithium ion capacitor, and the electrode may comprise an anode of a lithium ion capacitor.
본 발명 및 종래 기술에서 얻어진 이점을 요약하기 위해서, 특정한 목적 및 이점이 본원에 기재되어 있다. 물론, 임의의 특정 실시형태에 따라서 이러한 모든 목적 또는 이점이 반드시 달성될 필요는 없는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들면, 당업자는, 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하고, 반드시 그 외의 목적 또는 이점을 달성해야 하는 것은 아닌 방법으로 구현되거나 수행될 수 있는 것을 인식할 것이다.In order to summarize the present invention and the advantages gained in the prior art, certain objects and advantages are described herein. Of course, it is to be understood that not necessarily all such objects or advantages necessarily have to be achieved in accordance with any particular embodiment. Thus, for example, one of ordinary skill in the art will recognize that the invention may be implemented or performed in a manner that does not require one to achieve or optimize a group of benefits or advantages, and not necessarily achieve any other purpose or benefit.
이러한 모든 실시형태는 본원에 개시된 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 이러한 및 그 외의 실시형태는 첨부된 도면을 참조하고 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명확하게 되며, 본 발명이 임의의 특정한 개시된 실시형태로 제한되지 않는 것으로 의도된다.All such embodiments are intended to be within the scope of the invention disclosed herein. These and other embodiments are readily apparent to those skilled in the art from the detailed description and with reference to the accompanying drawings, and it is intended that the invention not be limited to any particular disclosed embodiment.
본 개시 내용의 이러한 및 기타 특성, 형태, 및 이점은 특정한 실시형태의 도면을 참조해서 기재되고, 특정한 실시형태를 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
도 1은 일 실시형태에 따른 에너지 저장 장치의 실시예의 개략 측단면도를 도시한다.
도 2는 에너지 저장 장치의 애노드의 제조 공정의 실시예를 도시한다.
도 3은 에너지 저장 장치의 실시예의 전기용량 및 등가 직렬 저항(ESR)의 성능이 표로 열거된다.
도 4a 및 4b는 에너지 저장 장치의 실시예의 전기화학적 임피던스 분광법 성능을 도시한다.
도 5는 에너지 저장 장치의 실시예의 사이클링 성능을 도시한다.
도 6은 에너지 저장 장치의 실시예의 전기용량 및 등가 직렬 저항(ESR) 성능이 표로 열거된다.
도 7은 에너지 저장 장치의 실시예의 사이클링 성능을 도시한다.
도 8은 에너지 저장 장치의 실시예의 전기용량 및 등가 직렬 저항(ESR) 성능이 표로 열거된다.
도 9는 에너지 저장 장치의 실시예의 전기용량 및 등가 직렬 저항(ESR) 성능이 표로 열거된다.
도 10은 에너지 저장 장치의 실시예의 전기용량 및 등가 직렬 저항(ESR) 성능이 표로 열거된다.These and other features, forms, and advantages of the present disclosure are described with reference to the drawings of specific embodiments, and are not intended to limit the present invention for purposes of describing particular embodiments.
1 shows a schematic side cross-sectional view of an embodiment of an energy storage device according to one embodiment.
Figure 2 shows an embodiment of a process for manufacturing an anode of an energy storage device.
Figure 3 lists the capacities and equivalent series resistance (ESR) performance of embodiments of the energy storage device in the table.
Figures 4A and 4B illustrate the electrochemical impedance spectroscopy performance of an embodiment of an energy storage device.
Figure 5 shows the cycling performance of an embodiment of an energy storage device.
Figure 6 lists the capacitance and equivalent series resistance (ESR) performance of an embodiment of an energy storage device in the table.
Figure 7 illustrates the cycling performance of an embodiment of an energy storage device.
Figure 8 lists the capacitance and equivalent series resistance (ESR) performance of an embodiment of an energy storage device in the table.
Figure 9 lists the capacitance and equivalent series resistance (ESR) performance of an embodiment of an energy storage device in the table.
10 is a table listing capacitance and equivalent series resistance (ESR) performance of an embodiment of an energy storage device.
하기에 특정 실시형태 및 실시예가 기재되어 있지만, 당업자는 본 발명이 특정하게 개시된 실시형태 및/또는 사용, 그 명백한 변경 및 상응 부분을 넘어서 확장되는 것을 알 수 있다. 따라서, 본원에 개시된 본 발명의 범위가 하기 기재된 임의의 특정한 실시형태로 한정되지 않는 것으로 의도된다.While specific embodiments and examples are described below, those skilled in the art will recognize that the invention extends beyond the specifically disclosed embodiments and / or uses, obvious modifications thereof, and corresponding parts. It is therefore intended that the scope of the invention disclosed herein is not limited to any specific embodiment described below.
일 실시형태에서, 개선된 전기적 성능 특징을 갖는, 에너지 저장 장치, 예를 들면, 리튬 이온 캐패시터 (LiC)가 제공된다. 일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터는 2개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분, 예를 들면, 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분, 및 제1리튬이 삽입된 탄소 성분과 상이한 물질인 추가의 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함하는 애노드를 가질 수 있다. 예를 들면, 제1리튬이 삽입된 탄소 성분은 경질 탄소일 수 있다. 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 연질 탄소 또는 흑연일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터는 3개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 사용하여 제조된 애노드를 가질 수 있다. 예를 들면, 애노드는 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소, 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 연질 탄소, 및 제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 흑연을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 애노드는 3개 초과의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함할 수 있다.In one embodiment, an energy storage device, such as a lithium ion capacitor (LiC), is provided that has improved electrical performance characteristics. In one embodiment, the lithium-ion capacitor comprises a carbon material having two lithium ions inserted therein, for example, a carbon component into which a first lithium ion is inserted, and an additional second And an anode including a carbon component into which lithium ions are inserted. For example, the carbon component into which the first lithium is inserted may be light carbon. The carbon component into which the second lithium ion is inserted may be soft carbon or graphite. In another embodiment, the lithium ion capacitor may have an anode made using three lithium ions intercalated carbon components. For example, the anode may include graphite as a carbon component into which a first lithium ion is inserted, a graphite as a carbon component into which a second lithium ion is inserted, a soft carbon, and a carbon component into which a third lithium ion is inserted. In one embodiment, the lithium ion capacitor anode may comprise a carbon component with more than three lithium ions intercalated therein.
2개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 갖는 애노드는, 2개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 서로에 대해 다양한 비로 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 애노드는 2개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 약 1:9 내지 약 9:1의 비로 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 비는 약 1:1일 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 비는 약 7:3 또는 약 3:7일 수 있다. 3개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 갖는 애노드는 3개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 서로에 대해 다양한 비로 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 애노드는 3개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 약 1:1:1의 비로 포함할 수 있다. Anodes having two lithium ions intercalated carbon components can be prepared by using two lithium ions in various ratios with respect to each other. For example, the anode may contain a carbon component having two lithium ions embedded therein in a ratio of about 1: 9 to about 9: 1. In one embodiment, the ratio may be about 1: 1. In one embodiment, the ratio may be about 7: 3 or about 3: 7. An anode having three lithium ions intercalated carbon components can be prepared by using three lithium ions in various proportions of the intercalated carbon components with respect to each other. For example, the anode may contain a carbon component having three lithium ions inserted therein at a ratio of about 1: 1: 1.
본원에 사용된 연질 탄소는, 열분해 공정을 수행하는 경우 열분해되기 전에 용융된 흑연화 가능한 탄소 전구체로부터 형성된 탄소 물질을 의미하는 당해 분야의 용어이다. 예를 들면, 연질 탄소는, 흑연화 가능한 탄소 전구체 물질을, 산소에 노출하지 않거나 실질적으로 노출하지 않고, 상승 온도, 예를 들면, 약 600 ℃ 내지 약 2,500℃의 온도에서 행함으로써 형성되는 흑연 구조체를 포함하는 탄소 물질을 의미한다. 흑연화 가능한 탄소 전구체는, 탄소 전구체가 열분해 공정 중에 약 600 ℃ 내지 약 2,500℃의 온도로 가열될 때, 약 200℃ 내지 약 500℃의 온도에서 용융되거나 유체 상태를 나타낼 수 있다. 연질 탄소는, 흑연 (예를 들면, 천연 흑연 또는 합성 흑연)보다 짧은 장거리 구조 질서(long range structural order)를 갖는 흑연 구조체를 나타낼 수 있다. 일 실시형태에서, 연질 탄소 석유 코크스 및/또는 안트라센으로부터 형성된 하나 이상의 탄소 물질을 포함할 수 있다. The soft carbon used herein is a term in the art that refers to a carbonaceous material formed from a molten graphitizable carbon precursor prior to pyrolysis when performing a pyrolysis process. For example, the soft carbon is a graphite structure that is formed by subjecting a graphitizable carbon precursor material to an elevated temperature, for example, at a temperature of about 600 ° C to about 2,500 ° C, without exposing or substantially not exposing to oxygen ≪ / RTI > Graphitizable carbon precursors may exhibit a melt or fluid state at temperatures of from about 200 캜 to about 500 캜 when the carbon precursor is heated to a temperature of from about 600 캜 to about 2,500 캜 during the pyrolysis process. The soft carbon may represent a graphite structure having a longer range structural order than graphite (e.g., natural graphite or synthetic graphite). In one embodiment, it may comprise one or more carbonaceous materials formed from soft carbon petroleum coke and / or anthracene.
본원에 사용된 경질 탄소는, 열분해 공정을 수행하는 경우 전구체로서 차(char)가 열분해되는, 비-흑연화 가능한 탄소 전구체로부터 형성된 탄소물질을 의미하는 당해 분야의 용어이다. 예를 들면, 경질 탄소는, 흑연 구조체를 나타내지 않고, 산소 부재 또는 실질적으로 산소 부재시, 상승 온도, 예를 들면, 약 600℃ 내지 약 2,500℃의 온도에 노출된 비-흑연화 가능한 탄소 전구체로부터 형성된 탄소 물질을 의미한다. 일 실시형태에서, 경질 탄소는, 석유 피치 및/또는 수크로오스로부터 형성된 하나 이상의 탄소 물질을 포함할 수 있다. The term hard carbon as used herein is a term in the art that refers to a carbon material formed from a non-graphitizable carbon precursor where the char is pyrolyzed as a precursor when performing a pyrolysis process. For example, hard carbon does not represent a graphite structure and is formed from a non-graphitizable carbon precursor that is exposed to elevated temperatures, for example, from about 600 ° C to about 2,500 ° C in the absence of oxygen or substantially oxygen. Carbon material. In one embodiment, the hard carbon may comprise one or more carbon materials formed from petroleum pitch and / or sucrose.
본원에 사용된, 흑연은 많은 천연 발생 및/또는 합성 흑연을 의미하는 당해 분야의 용어이다. 일 실시형태에서, 천연 발생 흑연은 플레이크 흑연 및/또는 우수하게 배향된 열분해 흑연을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 합성 흑연은 유기 전구체를 약 3000℃ 이상의 온도로 가열하여 형성된 흑연을 포함할 수 있다. 예를 들면, 합성 흑연은 석유 코크스 및/또는 콜타르 피치를 약 3000℃ 이상의 온도로 가열하여 형성된 흑연을 포함할 수 있다. As used herein, graphite is a term in the art which refers to many naturally occurring and / or synthetic graphite. In one embodiment, the naturally occurring graphite may comprise flake graphite and / or pyrolytically oriented graphite. In one embodiment, the composite graphite may comprise graphite formed by heating the organic precursor to a temperature of at least about 3O < 0 > C. For example, synthetic graphite may comprise graphite formed by heating petroleum coke and / or coal tar pitch to a temperature above about 3000 占 폚.
2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함하는 리튬 이온 캐패시터는, 예를 들면, 감소한 등가 직렬 저항(ESR), 많은 충방전 사이클 후 감소한 전기용량 페이드(fade), 증가한 파워 밀도, 및/또는 증가한 에너지 밀도를 포함하는 개선된 전기적 성능을 가질 수 있다. 이러한 구성을 갖는 리튬 이온 캐패시터는, 전도성 첨가제, 예를 들면, 전도성 탄소 첨가제를 포함하지 않을 수 있다. 일 실시형태에서, 이러한 구성을 갖는 리튬 이온 캐패시터는 적은 비용으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 경질 탄소의 양을 연질 탄소 및/또는 흑연으로 대체하면, 리튬 이온 캐패시터의 제조 비용이 감소될 수 있다.A lithium ion capacitor comprising a carbon component having two or more lithium ions intercalated can be used to reduce the capacitance of the capacitor, for example, by decreasing equivalent series resistance (ESR), decreasing capacitance fade after increased charge and discharge cycles, And may have improved electrical performance including increased energy density. The lithium ion capacitor having such a configuration may not include a conductive additive, for example, a conductive carbon additive. In one embodiment, a lithium ion capacitor having such a configuration can be manufactured at low cost. For example, if the amount of hard carbon is replaced by soft carbon and / or graphite, the manufacturing cost of the lithium ion capacitor can be reduced.
본원에서 전극 및 에너지 저장 장치는 리튬 이온 캐패시터에 관련해서 기재될 수 있지만, 실시형태는 많은 에너지 저장 장치 및 시스템 중 어느 하나, 예를 들면, 배터리, 캐패시터, 캐패시터-배터리 하이브리드, 연료전지, 이들의 조합 중 하나 이상으로 구현될 수 있는 것이 이해된다. Electrodes and energy storage devices can be described herein with respect to lithium ion capacitors, but embodiments can include any of a number of energy storage devices and systems, such as batteries, capacitors, capacitor-battery hybrids, fuel cells, It is understood that one or more of the combinations may be implemented.
도 1은, 에너지 저장 장치(100)의 실시예의 개략 측 단면도를 도시한다. 에너지 저장 장치(100)는 리튬 이온 캐패시터일 수 있다. 특히, 그 외의 에너지 저장 장치는, 본 발명의 범위 내에 있고, 배터리, 캐패시터-배터리 하이브리드, 및/또는 연료전지를 포함할 수 있는 것이 인식되어야 한다. 에너지 저장 장치(100)는 제1전극(102), 제2전극(104), 및 제1전극(102)과 제2전극(104) 사이에 위치한 분리막(106)을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1전극(102) 및 제2전극(104)은 분리막(106)의 각각의 대면하는 표면과 인접하도록 배치될 수 있다. 제1전극(102)은 캐소드를 포함할 수 있고 제2전극(104)은 애노드를 포함할 수 있고, 또는 그 반대이다. 에너지 저장 장치(100)는 에너지 저장 장치(100)의 전극(102, 104) 사이의 이온 교환(ionic communication)을 촉진하기 위한 전해질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전해질은 제1전극(102), 제2전극(104) 및 분리막(106)과 접촉될 수 있다. 전해질, 제1전극(102), 제2전극(104), 및 분리막(106)은 에너지 저장 장치 하우징(120) 내에 수용될 수 있다. 예를 들면, 에너지 저장 장치 하우징(120)은 제1전극(102), 제2전극(104) 및 분리막(106)의 삽입 단계, 및 에너지 저장 장치(100)를 전해질과의 함침 단계 후 실링될 수 있고, 제1전극(102), 제2전극(104), 분리막(106), 및 전해질은 하우징의 외부 환경으로부터 물리적으로 실링될 수 있다. FIG. 1 shows a schematic side cross-sectional view of an embodiment of an
분리막(106)은, 2개의 인접한 전극 사이의 이온 교환을 허용하면서 분리막(106)과 대면하는 측에 인접한 2개의 전극, 예를 들면, 제1전극(102) 및 제2전극(104)을 전기적으로 절연하기 위해 구성될 수 있다. 분리막(106)은 다양한 다공성 전기적 절연 물질을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 분리막(106)은 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 분리막(106)은 셀룰로오스 물질 (예를 들면, 종이), 폴리에틸렌 (PE) 물질, 폴리프로필렌 (PP) 물질, 및/또는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 물질을 포함할 수 있다. The
에너지 저장 장치(100)는 많은 상이한 형태의 전해질 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 장치(100)는 리튬 이온 캐패시터 전해질을 포함할 수 있고, 리튬 소스, 예를 들면, 리튬 염, 및 용매, 예를 들면, 유기 용매를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 리튬 염은 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6), 리튬 테트라플루오로보레이트 (LiBF4), 리튬 퍼클로레이트 (LiClO4), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드 (LiN(SO2CF3)2), 리튬 트리플루오로메탄술포네이트 (LiSO3CF3), 이들의 조합, 등을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 전해질 용매는 하나 이상 에테르 및/또는 에스테르를 포함할 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온 캐패시터 전해질 용매는 에틸렌 카보네이트 (EC), 디메틸 카보네이트 (DMC), 디에틸 카보네이트 (DEC), 에틸 메틸 카보네이트 (EMC), 비닐 카보네이트 (VC), 프로필렌 카보네이트 (PC), 이들의 조합, 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전해질은 LiPF6, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 및 디에틸 카보네이트를 포함할 수 있다. The
도 1에 도시된, 제1전극(102) 및 제2전극(104)은, 제1집전기(108), 및 제2집전기(110)를 각각 포함한다. 제1집전기(108) 및 제2집전기(110)는 상응하는 전극 및 외부 회로 (미도시) 사이의 전기적 결합을 용이하게 할 수 있다. 제1집전기(108) 및/또는 제2집전기(110)는 하나 이상 전기적 전도성 물질을 포함할 수 있고, 및/또는 상응하는 전극과 에너지 저장 장치(100)를 외부 전기적 회로를 포함하는 외부 단자와 결합하기 위한 단자 사이에 전기적 전하의 전달을 촉진하기 위해 구성된 다양한 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 집전기는 금속 물질, 예를 들면, 알루미늄, 니켈, 구리, 은, 이들의 합금, 등을 포함하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1집전기(108) 및/또는 제2집전기(110)는 직사각형 또는 실질적으로 직사각형 형상을 갖는 알루미늄 호일을 포함할 수 있고, (예를 들면, 집전기 플레이트 및/또는 전극과 외부 전기적 회로 사이의 전기적 교환을 제공하기 위해 구성된 또 다른 에너지 저장 장치 성분을 통해)상응하는 전극과 외부 전기적 회로 사이에 바람직한 전기적 전하의 전달을 제공하기 위한 치수를 가질 수 있다.The
제1전극(102)은 제1집전기(108)의 제1면 (예를 들면, 제1집전기(108)의 상면) 상의 제1전극 필름(112) (예를 들면, 상부 전극 필름) 및 제1집전기(108)의 대면하는 제2면 (예를 들면, 제1집전기(108)의 하면) 상의 제2전극 필름(114) (예를 들면, 하부 전극 필름)을 가질 수 있다. 마찬가지로, 제2전극(104)은 제2집전기(110)의 제1면(예를 들면, 제2집전기(110)의 상면) 상의 제1전극 필름(116) (예를 들면, 상부 전극 필름), 및 제2집전기(110)의 대면하는 제2면 (예를 들면, 제2집전기(110)의 하면) 상의 제2전극 필름(118)을 가질 수 있다. 예를 들면, 제2집전기(110)의 제1면은, 분리막(106)이 제1전극(102)의 제2전극 필름(114) 및 제2전극(104)의 제1전극 필름(116)에 인접하도록, 제1집전기(108)의 제2면에 대향할 수 있다. The
전극 필름(112, 114, 116 및/또는 118)은 다양한 적합한 형상, 크기, 및/또는 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, 전극 필름은, 두께가 약 30 마이크론 (㎛) 내지 약 250 마이크론이고, 약 100 마이크론 내지 약 250 마이크론을 포함할 수 있다. The
일 실시형태에서, 본원에 기재된 하나 이상 전극 필름은 건식 제조 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 본원에 사용된, 건식 제조 공정은, 전극 필름의 형성시 용매가 사용되지 않거나 실질적으로 사용되지 않는 공정을 의미할 수 있다. 예를 들면, 전극 필름의 성분은 건조 입자를 포함할 수 있다. 전극 필름을 형성하기 위해 건조 입자가 결합되어 건조 입자 전극 필름 혼합물을 제공할 수 있다. 일 실시형태에서, 전극 필름은, 전극 필름 성분의 중량 백분율 및 건조 입자 전극 필름 혼합물 성분의 중량 백분율이 유사하거나 동일하도록 건식 제조 공정을 사용해서 건조 입자 전극 필름 혼합물로부터 형성될 수 있다.In one embodiment, the one or more electrode films described herein can be prepared using a dry manufacturing process. As used herein, a dry manufacturing process may refer to a process in which a solvent is not used or substantially used in the formation of an electrode film. For example, the components of the electrode film may comprise dry particles. Dry particles may be combined to form an electrode film to provide a dry particle electrode film mixture. In one embodiment, the electrode film may be formed from a dry particle electrode film mixture using a dry manufacturing process such that the weight percentage of the electrode film component and the weight percentage of the dry particle electrode film mixture component are similar or equal.
일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 전극의 전극 필름 혼합물은 하나 이상의 섬유화 가능한 바인더 성분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전극 필름을 형성하는 공정은, 전극 필름이 섬유화 가능한 바인더를 포함하도록 섬유화 가능한 바인더 성분을 섬유화하는 단계를 포함할 수 있다. 바인더 성분은 복수의 섬유를 제공하기 위해 섬유화될 수 있고, 섬유는 필름의 하나 이상의 기타 성분에 대한 바람직한 기계적 지지체일 수 있다. 예를 들면, 섬유의 매트릭스, 격자 및/또는 웹은 구조체는, 전극 필름의 바람직한 기계적 구조체를 제공하기 위해 형성될 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온 캐패시터의 캐소드 및/또는 애노드는 하나 이상의 섬유화 가능한 바인더 성분을 포함하는 하나 이상 전극 필름을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 바인더 성분은, 다양한 적합한 섬유화 가능한 폴리머 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 초-고분자량 폴리에틸렌 (UHMWPE), 및/또는 그 외의 적합한 섬유화 가능한 물질이 단독으로 또는 조합해서 사용될 수 있다.In one embodiment, the electrode film mixture of the lithium ion capacitor electrode may comprise one or more fibrous binder components. For example, the step of forming the electrode film may include the step of fiberizing the fibrous binder component so that the electrode film includes a fibrous binder. The binder component may be fibrous to provide a plurality of fibers, and the fibers may be a preferred mechanical support for one or more other components of the film. For example, a matrix, grid, and / or web of fibers can be formed to provide a preferred mechanical structure of the electrode film. For example, the cathode and / or the anode of the lithium ion capacitor may comprise one or more electrode films comprising one or more fibrous binder components. In one embodiment, the binder component can comprise one or more of a variety of suitable fibrous polymeric materials, such as polytetrafluoroethylene (PTFE), ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), and / Other suitable fibrous materials may be used alone or in combination.
일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 전극의 전극 필름 혼합물은, 혼합물로부터 형성된 전극 필름의 전기전도도를 개선하기 위한 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온 캐패시터의 캐소드 또는 애노드 전극 필름을 형성하기 위한 전극 필름 혼합물은, 전도성 탄소 성분 첨가제, 예를 들면, 다양한 시판되는 탄소 블랙 물질을 포함하는 전도성 탄소 블랙을 포함할 수 있다. In one embodiment, the electrode film mixture of the lithium ion capacitor electrode may comprise one or more additives to improve the electrical conductivity of the electrode film formed from the mixture. For example, the electrode film mixture for forming the cathode or anode electrode film of a lithium ion capacitor may comprise a conductive carbon black additive, for example, a conductive carbon black comprising various commercially available carbon black materials.
일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터의 캐소드의 전극 필름은, 예를 들면, 다공성 탄소 물질, 예를 들면, 활성 탄소를 포함하는 하나 이상 탄소 기반 전자 활성 성분을 포함하는 전극 필름 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온 캐패시터의 캐소드의 전극 필름은, 약 50% 내지 약 99중량% (예를 들면, 약 85% 내지 약 90중량%) 의 활성 탄소, 약 20 중량% 이하 (예를 들면, 약 0.5% 내지 약 15중량%를 포함, 약 5% 내지 약 10중량%을 포함) 의 바인더 물질, 및 약 25중량% 이하(예를 들면, 약 0.5% 내지 약 10%를 포함) 의 전기전도도 촉진 첨가제를 포함할 수 있다.In one embodiment, the electrode film of the cathode of the lithium ion capacitor may comprise an electrode film mixture comprising, for example, one or more carbon-based electroactive components comprising a porous carbon material, for example, activated carbon . For example, the electrode film of the cathode of the lithium ion capacitor may contain about 50% to about 99% (e.g., about 85% to about 90%) by weight of active carbon, up to about 20% (Including from about 0.5% to about 10%, for example, from about 0.5% to about 15%), and from about 25% Promoting additive.
일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 애노드 전극 필름은 전도성 첨가제를 바람직하게 포함하지 않을 수 있다. 예를 들면, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 갖는 애노드 전극 필름의 전극 필름 혼합물은, 원하는 전기용량을 유지하면서 원하는 전기 저항 성능을 달성하기 위한 추가의 전도성 첨가제를 포함하지 않기 때문에, 캐패시터의 중량 및/또는 비용 감소를 촉진할 수 있다. 일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터의 애노드의 전극 필름 혼합물은, 필름의 전기전도도를 개선하기 위한 첨가제를 포함하지 않거나 실질적으로 포함하지 않는다. 일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터의 애노드의 전극 필름 혼합물은, 전도성 탄소 성분, 예를 들면, 전도성 탄소 블랙을 포함하지 않거나 실질적으로 포함하지 않는다. In one embodiment, the lithium ion capacitor anode electrode film may preferably not include a conductive additive. For example, since an electrode film mixture of an anode electrode film having a carbon component having two or more lithium ions inserted therein does not contain additional conductive additive for achieving a desired electric resistance performance while maintaining a desired electric capacity, Weight and / or cost reduction of the < / RTI > In one embodiment, the electrode film mixture of the anode of the lithium ion capacitor does not include or substantially does not include additives for improving the electrical conductivity of the film. In one embodiment, the electrode film mixture of the anode of the lithium ion capacitor does not or substantially does not comprise a conductive carbon component, for example, a conductive carbon black.
일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 애노드의 전극 필름은, 리튬 이온을 삽입하기 위해 구성된 2개 이상 탄소 성분을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 제1전극(102)은 리튬 이온 캐패시터 캐소드이고, 제2전극(104)은 리튬 이온 캐패시터 애노드이다. 이 실시형태에서, 제2전극(104)의 제1전극 필름(116) 및 제2전극 필름(118) 중 적어도 하나는, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1전극 필름(116) 및 제2전극 필름(118) 중 적어도 하나는, 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소, 및 연질 탄소 및 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상 추가의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 애노드는, 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온 캐패시터 애노드의 전극 필름은, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소, 및 연질 탄소 또는 흑연을 포함할 수 있다. 예를 들면, 애노드 전극 필름은, 2개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소 및 흑연을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 애노드 전극 필름은, 2개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소 및 연질 탄소를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 애노드의 전극 필름은, 리튬 이온을 삽입하기 위해 구성된 3개의 탄소 성분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전극 필름은 경질 탄소, 연질 탄소 및 흑연을 포함할 수 있다. In one embodiment, the electrode film of the lithium ion capacitor anode may comprise two or more carbon components configured to insert lithium ions. In one embodiment, the
일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 애노드의 전극 필름은, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분의 약 80 중량% 내지 약 97 중량%을 포함할 수 있고, 약 90 중량% 내지 약 97 중량%를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 애노드 필름은 바인더 성분을 약 10 중량% 이하로 포함할 수 있고, 약 4 중량% 내지 약 10 중량%를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 애노드 필름은 전도성 첨가제를 약 5 중량% 이하로 포함할 수 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터의 애노드의 전극 필름은 전도성 첨가제를 포함하지 않거나 실질적으로 포함하지 않을 수 있다. 이러한 실시형태에서, 전극 필름은 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 약 97 중량% 이하로 포함할 수 있고, 남은 부분은 바인더 성분으로 채워진다. 예를 들면, 전극 필름은 바인더 성분을 약 3 중량% 내지 약 10 중량%(약 3 중량% 내지 약 5 중량%, 또는 약 5 중량% 내지 약 10 중량%를 포함)로 포함할 수 있다.In one embodiment, the electrode film of the lithium ion capacitor anode may comprise from about 80 wt% to about 97 wt%, and from about 90 wt% to about 97 wt% of the carbon component into which the two or more lithium ions are intercalated . In one embodiment, the lithium ion capacitor anode film may comprise up to about 10% by weight of the binder component, and may comprise from about 4% to about 10% by weight of the binder component. In one embodiment, the lithium ion capacitor anode film may comprise up to about 5 weight percent of a conductive additive. As described herein, in one embodiment, the electrode film of the anode of the lithium ion capacitor may or may not contain a conductive additive. In this embodiment, the electrode film may contain not more than about 97% by weight of the carbon component into which at least two lithium ions are inserted, and the remaining portion is filled with the binder component. For example, the electrode film may comprise from about 3 wt% to about 10 wt% (including from about 3 wt% to about 5 wt%, or from about 5 wt% to about 10 wt%) of the binder component.
리튬 이온 캐패시터 애노드 전극 필름은 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분의 다양한 적합한 비를 갖는 혼합물을 포함할 수 있다. 애노드 전극 필름은 원하는 캐패시터 성능, 예를 들면, 원하는 리튬 이온 캐패시터 전기용량 및/또는 등가 직렬 저항을 용이하게 하기 위해 구성된 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분의 조성물을 포함하는 혼합물을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 조성물은 원하는 캐패시터 에너지 밀도 성능, 및/또는 라이프 사이클 성능을 촉진하기 위해 선택될 수 있다. The lithium ion capacitor anode electrode film may comprise a mixture having a variety of suitable ratios of carbon components into which at least two lithium ions are intercalated. The anode electrode film may comprise a mixture comprising a composition of a carbon component with lithium ions configured to facilitate desired capacitor performance, e.g., desired lithium ion capacitor capacitance and / or equivalent series resistance. In one embodiment, the composition may be selected to promote the desired capacitor energy density performance, and / or life cycle performance.
일 실시형태에서, 2개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 시스템에서 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은, 경질 탄소를 적어도 약 5중량% 포함할 수 있다(약 10% 이상을 포함하고, 약 5% 내지 약 95%를 포함한다). 일 실시형태에서, 2개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 시스템에서 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은, 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 적어도 약 5중량% 포함할 수 있다(약 10% 이상을 포함하고, 약 5% 내지 약 95%를 포함한다). 예를 들면, 2개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 시스템 중의 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 대 제2리튬 이온 성분의 비는 약 1:19 내지 약 19:1일 수 있다(약 1:9 내지 약 9:1를 포함한다). 일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 애노드 전극 필름은 경질 탄소 대 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분의 비가 약 1:9 내지 약 9:1인 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온 캐패시터 애노드 전극 필름은 경질 탄소 대 흑연의 비가 약 1:9 내지 약 9:1인 것을 포함할 수 있다(약 3:7, 약 7:3, 또는 약 1:1를 포함). 일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 애노드 전극 필름은 경질 탄소 대 연질 탄소의 비가 약 1:9 내지 약 9:1인 것을 포함할 수 있다(약 3:7, 약 7:3, 또는 약 1:1을 포함). In one embodiment, the carbon component into which the lithium ion is inserted in the two lithium-ion inserted carbon component system may comprise at least about 5 wt% hard carbon (including about 10% or more, about 5% About 95%). In one embodiment, the carbon component into which the lithium ion is inserted in the two lithium ion inserted carbon component system may comprise at least about 5% by weight of the carbon component into which the second lithium ion is inserted (at least about 10% , And includes from about 5% to about 95%). For example, the ratio of the carbon component into which the first lithium ion is inserted to the second lithium ion component in the two lithium ion intercalated carbon component system can be about 1:19 to about 19: 1 (about 1: 9 To about 9: 1). In one embodiment, the lithium ion capacitor anode electrode film may comprise a ratio of the hard carbon to the carbon content into which the second lithium ion is inserted is about 1: 9 to about 9: 1. For example, a lithium ion capacitor anode electrode film can comprise a ratio of hard carbon to graphite of about 1: 9 to about 9: 1 (including about 3: 7, about 7: 3, or about 1: ). In one embodiment, the lithium ion capacitor anode electrode film can comprise a ratio of hard carbon to soft carbon of about 1: 9 to about 9: 1 (about 3: 7, about 7: 3, or about 1: .
일 실시형태에서, 리튬 이온 캐패시터 애노드 전극 필름은 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소, 연질 탄소 및 흑연을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 3개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 시스템에서 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은, 경질 탄소를 적어도 약 5중량% 포함하고, 약 10% 이상, 또는 약 5% 내지 약 95%를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 3개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 시스템에서 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은, 연질 탄소를, 적어도 약 5중량% 포함할 수 있고, 약 10% 이상, 또는 약 5% 내지 약 95%를 포함한다. 일 실시형태에서, 3개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 시스템에서 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은, 흑연을 적어도 약 5중량% 포함하고, 약 10% 이상, 또는 약 5% 내지 약 95%를 포함할 수 있다. 예를 들면, 남은 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 연질 탄소 및 흑연을 다양한 비로 포함할 수 있다. 예를 들면, 전극 필름 혼합물은 경질 탄소 대 흑연 대 연질 탄소의 비가 약 1:1:1인 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전극 필름 혼합물은 경질 탄소 대 흑연 대 연질 탄소의 비가 약 2:9:9, 약 1:5:4, 또는 약 3:2:5인 것을 포함할 수 있다. In one embodiment, the lithium ion capacitor anode electrode film may comprise light carbon, soft carbon and graphite as carbon components into which lithium ions are inserted. In one embodiment, in the three lithium-ion intercalated carbon component system, the carbon component into which lithium ions are implanted contains at least about 5 wt%, at least about 10 wt%, or about 5% to about 95% . In one embodiment, the lithium ion intercalated carbon component in the three lithium ion inserted carbon component system may comprise at least about 5% by weight of soft carbon, at least about 10%, or at least about 5% 95%. In one embodiment, the carbon component into which the lithium ion is inserted in the three lithium-ion intercalated carbon component system comprises at least about 5 weight percent, at least about 10 percent, or about 5 percent to about 95 percent graphite can do. For example, the carbon component into which the remaining lithium ions are inserted may contain soft carbon and graphite in various ratios. For example, the electrode film mixture may comprise a ratio of hard carbon to graphite to soft carbon of about 1: 1: 1. For example, the electrode film mixture may comprise a ratio of hard carbon to graphite to soft carbon of about 2: 9: 9, about 1: 5: 4, or about 3: 2: 5.
2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함하는 리튬 이온 캐패시터는, 개선된 장치 성능을 바람직하게 입증할 수 있고, 및/또는 제조비용이 저렴하게 될 수 있다. 일 실시형태에서, 3개의 리튬 이온이 삽입된 성분을 포함하는 애노드는, 전극 필름의 원하는 가공성을 제공하면서, 개선된 캐패시터 사이클링 성능, 파워 밀도 성능, 에너지 밀도 성능, 및/또는 등가 직렬 저항(ESR) 성능을 촉진할 수 있다. 임의의 특정 이론 또는 작동 모드로 제한되지 않고, 일 실시형태에서, 추가의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은, 개선된 캐패시터 성능을 촉진하기 위해, 원하는 리튬 이온이 삽입된 위치의 조합을 제공하기 위해 구성된 삽입 위치를 제공할 수 있다. 예를 들면, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분에 의해서 제공된 삽입 위치 특징의 조합은, 원하는 전기용량 성능을 유지하면서 사이클링 성능에서 증가한 안정성, 감소한 캐패시터 ESR을 촉진하기 위해 원하는 리튬 이온의 삽입을 제공할 수 있다. 리튬 이온이 삽입된 성분의 비는, 원하는 전극 필름의 제조 용이성을 유지하면서 원하는 장치 전기적 성능을 제공하기 위해서 선택될 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분이 약 30 중량% 내지 약 70 중량%의 경질 탄소인 애노드 전극 필름을 포함하는 리튬 이온 캐패시터는, 원하는 전극 필름의 제조 용이성을 유지하면서 원하는 장치 전기적 성능을 제공할 수 있다. A lithium ion capacitor comprising a carbon component having two or more lithium ions inserted therein can favorably demonstrate improved device performance and / or lower manufacturing costs. In one embodiment, the anode comprising the three lithium-ion intercalated components has improved capacitor cycling performance, power density performance, energy density performance, and / or equivalent series resistance (ESR ) Performance. Without being limited to any particular theory or mode of operation, in one embodiment, additional lithium ion implanted carbon components may be added to provide a combination of desired lithium ion inserted locations to facilitate improved capacitor performance Thereby providing a configured insertion position. For example, a combination of insertion site features provided by two or more lithium ion intercalated carbon components can result in increased stability in cycling performance, insertion of the desired lithium ion to promote reduced capacitor ESR . The ratio of lithium ion intercalated components can be selected to provide the desired device electrical performance while maintaining ease of fabrication of the desired electrode film. For example, a lithium ion capacitor comprising an anode electrode film wherein the lithium ion-implanted carbon component is from about 30 wt.% To about 70 wt.% Hard carbon, can provide the desired device electrical performance while maintaining ease of manufacture of the desired electrode film .
일 실시형태에서, 리튬 이온을 삽입하기 위해 구성된 2개 이상의 탄소 성분을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터는, 바람직하게 1개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터(예를 들면, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분이 경질 탄소인 애노드를 포함하는 리튬 이온 캐패시터)에 비해, ESR의 예를 들면, 약 10% 내지 약 20%의 감소를 포함하는, 감소한 등가 직렬 저항(ESR)을 입증할 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소 및 연질 탄소, 및/또는 경질 탄소 및 흑연을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터는, 바람직하게 예를 들면, ESR의 약 10%, 약 15%, 및 약 20% 이하의 감소를 포함하는, 감소한 ESR을 입증할 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소, 흑연 및/또는 연질 탄소를 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터는, 원하는 전기용량을 유지하면서 감소한 ESR을 바람직하게 입증할 수 있다. 예를 들면, 3개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소, 흑연, 및 연질 탄소를 약 1:1:1의 비로 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터는 ESR 성능이 약 35% 감소하는 것을 입증할 수 있다.In one embodiment, a lithium ion capacitor having an anode comprising two or more carbon components configured for insertion of lithium ions is preferably a lithium ion capacitor having an anode comprising a carbon component with one lithium ion intercalated therein (ESR), which includes, for example, a reduction of about 10% to about 20% of the ESR, compared to a lithium ion capacitor in which the lithium ion-doped carbon component is a hard carbon anode) ). ≪ / RTI > For example, a lithium ion capacitor having an anode comprising light carbon and soft carbon, and / or light carbon and graphite as the carbon component into which the lithium ion is inserted preferably has, for example, about 10% of ESR, about 15% %, And a reduction of about 20% or less. For example, a lithium ion capacitor having an anode containing light carbon, graphite and / or soft carbon as a carbon component into which lithium ions are inserted can favorably demonstrate a reduced ESR while maintaining a desired electric capacity. For example, lithium-ion capacitors with an anode containing three carbon-in lithium-ion-intercalated carbon components in a ratio of about 1: 1: 1 of hard carbon, graphite, and soft carbon demonstrate an about 35% reduction in ESR performance can do.
일 실시형태에서, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 갖는 애노드를 포함하는 리튬 이온 캐패시터는, 증가한 캐패시터 에너지 밀도 성능을 촉진할 수 있다. 예를 들면, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 갖는 애노드를 포함하는 리튬 이온 캐패시터는, 원하는 전기용량을 유지하면서 애노드의 전도도를 개선할 수 있다. 이러한 전기전도도의 개선에 의해, 리튬 이온 캐패시터의 원하는 전기전도도를 제공하기 위해 사용되는 애노드에서 첨가제 성분의 양을 줄일 수 있다. 애노드에서 사용되는 이러한 첨가제의 양을 줄임으로써, 캐패시터 중량 감소 및/또는 캐패시터 에너지 밀도 증가가 실현될 수 있다. 일 실시형태에서, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 갖는 애노드는 리튬 이온 캐패시터의 전기전도도를 개선하기 위해 구성된 첨가제 성분을 포함하지 않거나 실질적으로 포함하지 않고, 예를 들면, 전도성 탄소 첨가제 성분을 포함하지 않거나 실질적으로 포함하지 않고 제조될 수 있다.In one embodiment, a lithium ion capacitor comprising an anode having two or more lithium ion intercalated carbon components can promote increased capacitor energy density performance. For example, a lithium ion capacitor including an anode having a carbon component having two or more lithium ions inserted therein can improve the conductivity of the anode while maintaining a desired electric capacity. This improvement in electrical conductivity can reduce the amount of additive component in the anode used to provide the desired electrical conductivity of the lithium ion capacitor. By reducing the amount of such additive used in the anode, a capacitor weight reduction and / or an increase in capacitor energy density can be realized. In one embodiment, the anode having two or more lithium ion intercalated carbon components does not include or substantially not comprise an additive component configured to improve the electrical conductivity of the lithium ion capacitor, for example, the conductive carbon additive component Or substantially free of, the < / RTI >
일 실시형태에서, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 갖는 애노드를 포함하는 리튬 이온 캐패시터는, 1개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분, 예를 들면, 경질 탄소를 갖는 애노드를 갖는 캐패시터에 비해, 개선된 캐피시터 사이클링 성능을 입증할 수 있다. 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 성분을 갖는 리튬 이온 캐패시터는 충방전 사이클링 중 감소한 전압 스윙을 입증할 수 있고, 예를 들면, 증가한 사이클링 성능 안정성을 제공하고 및/또는 캐패시터의 수명을 늘린다. 일 실시형태에서, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 성분을 갖는 리튬 이온 캐패시터는 많은 충방전 사이클 후 감소한 전기용량 페이드 성능을 입증할 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온 캐패시터는 많은 충방전 사이클(예를 들면, 약 2,000 사이클, 약 4,000 사이클, 및 약 6,000 사이클) 후 전기용량 페이드 성능의 약 5% 내지 약 20% 감소를 입증할 수 있다. In one embodiment, a lithium ion capacitor comprising an anode having two or more lithium ion intercalated carbon components is compared to a lithium ion intercalated carbon component, for example, a capacitor having an anode with light carbon , It is possible to demonstrate improved capacity cycling performance. A lithium ion capacitor having two or more lithium ion intercalated components can demonstrate a reduced voltage swing during charge and discharge cycling, for example, to provide increased cycling performance stability and / or increase the life of the capacitor. In one embodiment, a lithium ion capacitor having two or more lithium ion intercalated components can demonstrate reduced capacitive fade performance after many charge-discharge cycles. For example, lithium-ion capacitors can demonstrate about 5% to about 20% reduction in capacitive fade performance after many charge-discharge cycles (e.g., about 2,000 cycles, about 4,000 cycles, and about 6,000 cycles).
도 2는, 에너지 저장 장치 전극, 예를 들면, 도 1에 도시된 에너지 저장 장치(100)의 전극 필름(112, 114, 116 및 118) 중 하나 이상을 제조하기 위한 제조 공정(200)의 실시예를 도시한다. 예를 들면, 전극 제조 공정(200)은 에너지 저장 장치의 애노드를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 전극 제조 공정(200)은 리튬 이온 캐패시터 및/또는 리튬 이온 배터리의 전극, 예를 들면, 애노드의 형성에 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 제조 공정(200)은 건식 제조 공정을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전극 제조 공정(200)은 건조 입자 전극 필름을 포함하는 전극을 형성하기 위해 사용될 수 있다. Figure 2 illustrates the implementation of a
블록(202)에서, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분이 제공될 수 있다. 예를 들면, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 경질 탄소, 및 연질 탄소 및 흑연 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 2개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분이 제공될 수 있다. 일 실시형태에서, 3개의 이온이 삽입된 탄소 성분이 제공될 수 있다.At
블록(204)에서, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 바인더 성분과 결합되어 전극 필름 혼합물을 제공할 수 있다. 일 실시형태에서, 하나 이상 추가의 성분은 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 바인더 성분과 결합되어 전극 필름 혼합물, 예를 들면, 전도성 첨가제 성분을 제공할 수 있다. 전극 필름 혼합물의 성분은 혼합 장치에서 결합되어 전극 필름 혼합물을 제공할 수 있다. 일 실시형태에서, 애노드의 성분, 예를 들면, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분, 전도성 탄소 첨가제 및 바인더는, 전극 필름 혼합물을 제공하기 위해 혼합 장치에서 결합될 수 있다. 건식 가공에서, 예를 들면, 전극 필름의 성분은 혼합 장치에서 혼합되어 혼합물을 형성할 수 있다. 일 실시형태에서, 혼합 장치는 원하는 건조 입자의 혼합을 제공하기 위해 구성되는 임의의 장치를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 건조 입자를 포함하는 전극 필름 성분은 혼합 장치에서 결합되어 균질 또는 실질적으로 균질 건조 입자 전극 필름 혼합물이 제공된다.At
블록(206)에서, 전극 필름 혼합물에서 바인더 성분은 섬유화될 수 있다. 예를 들면, 2개 이상의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함하는 애노드 필름 혼합물의 바인더 성분이 섬유화될 수 있다. 일 실시형태에서, 바인더 성분을 포함하는 전극 필름 혼합물은 바인더 물질에 전단력을 적용하기 위해 구성된 장치에 도입되고 바인더 물질은 높은 전단 응력 하에서 섬유의 및/또는 섬유의 웹을 형성할 수 있다. 예를 들면, 바인더 물질을 섬유화하기 위한 적합한 장치는 바인더 물질에 충분한 전단력을 적용하기 위해 구성된 임의의 개수의 장치, 예를 들면, 제트 밀, 등을 포함할 수 있다. 섬유, 및/또는 섬유의 웹은, 전극 필름의 하나 이상 기타 성분, 예를 들면, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분, 및/또는 전도성 탄소 블랙을 지지하기 위한 매트릭스형 구조체를 제공할 수 있다. 섬유화 공정에 의해 형성된 섬유는, 독립된 건조 입자 필름의 일련의 형성을 용이하게 하기 위해 증가한 구조적 지지체를 제공할 수 있다. 일 실시형태에서, 전극 필름 혼합물의 섬유화 단계는 예를 들면, 전극 필름 혼합물의 성분의 혼합 단계에 의해 전극 필름 혼합물이 섬유화되도록 혼합 장치에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 블록(204) 및 블록(206)은 동일한 공정의 일부로서 수행될 수 있다. 예를 들면, 전극 필름의 성분을 결합하는 단계 및 전극 필름의 바인더 성분의 섬유화 단계는 필름 혼합물의 성분을 혼합하고 필름 혼합물의 바인더 성분을 섬유화하기 위해 구성된 단일 장치에서 달성될 수 있다. 일 실시형태에서, 바인더 성분의 섬유화 단계는, 초기에 전극 필름 성분을 혼합하기 위해 사용되는 혼합 장치와 상이한 장치에서 수행될 수 있다.At
블록(208)에서, 섬유상 바인더 성분을 포함하는 전극 필름 혼합물은, 필름형 구조체를 형성하기 위해 압축될 수 있다. 예를 들면, 섬유화된 바인더 성분을 포함하는 전극 필름 혼합물은, 전극 필름을 형성하기 위해서 캘린더링될 수 있다. 캘린더링된 전극 필름은 독립된 또는 실질적으로 독립된 건조 입자 필름을 포함할 수 있다. 캘린더링된 전극 필름이, 예를 들면, 적층 공정을 통해 집전기에 부착될 수 있다. 예를 들면, 도 1의 제2전극(104)의 제1전극 필름(116) 및/또는 제2전극 필름(118)은 전극 제조 공정(200)을 사용하여 제조될 수 있다. 전극 제조 공정(200)을 사용하여 제조된 제1전극 필름(116) 및/또는 제2전극 필름(118)은 캘린더링 공정을 통해 제2전극(104)의 집전기(110)에 부착될 수 있다. 일 실시형태에서, 캘린더링은 전극 필름을 에너지 저장 장치의 집전기에 부착하기 위한 공정과 동시에 또는 실질적으로 동시에 수행될 수 있다.At
도 3 내지 10은, 2개의 또는 3개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 서로에 대해 및 하나의 탄소성분만을 갖는 일부 장치의 성능에 대해 다양한 비로 제조된 애노드를 포함하는 리튬 이온 캐패시터의 다양한 실시형태의 전기화학적 성능을 입증하고 비교하기 위해 다양한 표 및 그래프를 도시한다. 표 및 그래프에서 도시된 다양한 값의 평균은 "Ave"로 약칭된다. 예를 들면, 리튬 이온 캐패시터 애노드는 2개의 또는 3개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분, 하나 이상 전도성 탄소 첨가제, 및 하나 이상 바인더를 소정의 비로 포함하는 전극 필름 혼합물을 사용해서 제조될 수 있다. 도 3 내지 10에 도시된 전기화학 성능에 상응하는 리튬 이온 캐패시터의 캐소드는, 약 85% 내지 약 90중량%의 활성 탄소, 약 5% 내지 약 10중량%의 바인더 성분, 및 약 0.5% 내지 약 10중량%의 전기전도도 촉진 첨가제, 예를 들면, 탄소 블랙을 포함할 수 있다. 합리적으로 유사한 성능의 전해질은, 도 3 내지 10의 각각의 다양한 실험 및 대조군에서 사용되었다. 캐소드는 건식 제조 공정을 사용해서 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 기재된 조성물을 포함하는 캐소드 전극 필름 혼합물은 건조 입자 혼합물로서 제공될 수 있다. 캐소드 전극 필름 혼합물에서 바인더 성분은 섬유화될 수 있고, 섬유화된 바인더 성분을 포함하는 캐소드 전극 필름 혼합물은 캐소드 전극 필름을 형성하기 위해서 캘린더링될 수 있다. 일 실시형태에서, 캐소드 전극 필름은 캐소드의 집전기의 표면에, 예를 들면, 적층 공정을 통해 부착되어 캐소드를 형성할 수 있다.Figures 3 to 10 illustrate various embodiments of a lithium ion capacitor comprising an anode made with various ratios for the performance of some devices with two or three lithium ion intercalated carbon components relative to each other and only one carbon component Lt; RTI ID = 0.0 > electrochemical < / RTI > The average of the various values shown in the tables and graphs is abbreviated as "Ave ". For example, a lithium ion capacitor anode may be prepared using an electrode film mixture comprising a carbon component having two or three lithium ions inserted, at least one conductive carbon additive, and at least one binder in a predetermined ratio. The cathode of the lithium ion capacitor corresponding to the electrochemical performance shown in Figures 3 to 10 comprises about 85% to about 90% by weight of active carbon, about 5% to about 10% by weight of the binder component, and about 0.5% 10% by weight of an electrical conductivity promoting additive, for example, carbon black. Electrolytes of reasonably similar performance were used in the various experiments and controls of each of Figs. The cathode may be manufactured using a dry manufacturing process. For example, the cathode electrode film mixture comprising the composition described above may be provided as a dry particle mixture. In the cathode electrode film mixture, the binder component may be fibrous, and the cathode electrode film mixture containing the fibrous binder component may be calendered to form the cathode electrode film. In one embodiment, the cathode electrode film may be attached to the surface of the collector of the cathode, for example, through a lamination process to form the cathode.
도 3은, 경질 탄소를 포함하는 전극 필름 혼합물을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터, 및 연질 탄소 및 경질 탄소를 약 1:1의 비로 포함하는 전극 필름 혼합물을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터의 성능인, 페러데이(F)로 표시되는 전기용량, 및 옴(Ω)으로 표시되는 등가 직렬 저항(ESR)을 열거하는 표가 도시되어 있다. 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분이 경질 탄소만을 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용하여 제조된 캐패시터는, 평균 전기 용량 약 17.51 F, 및 평균 등가 직렬 저항 약 0.40Ω인 것을 입증했다. 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 연질 탄소 및 경질 탄소를 약 1:1의 비로 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용하여 제조된 캐패시터는, 평균 전기용량 약 18.58 F 및 평균 등가 직렬 저항 약 0.31 Ω인 것을 입증했다. 도 3에 도시된 바와 같이, 연질 탄소 및 경질 탄소를 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용해서 제조된 애노드를 포함하는 리튬 이온 캐패시터는, 경질 탄소만을 갖는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터에 비해, 감소한 (및 개선된) ESR 성능을 입증하면서 원하는 전기용량을 입증했다. 일 실시형태에서, ESR 약 30% 이하의 개선이 입증되었다. 일 실시형태에서, 연질 탄소 및 경질 탄소를 약 1:1로 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터는, 경질 탄소만을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터에 비해, ESR 약 15% 내지 약 30%의 감소를 입증하고, 약 20% 내지 약 30%를 포함한다.FIG. 3 is a graph showing the results of a comparison between a lithium ion capacitor having an anode containing an electrode film mixture containing hard carbon and a lithium ion capacitor having an anode comprising an electrode film mixture containing soft carbon and light carbon at a ratio of about 1: A table listing the equivalent series resistance (ESR) expressed in ohms ([Omega]) is shown, which is the capacity indicated by the Faraday (F). The capacitor fabricated using the anode film mixture in which the lithium ion-inserted carbon component only contains light carbon showed an average capacitance of about 17.51 F and an average equivalent series resistance of about 0.40 ?. The capacitor fabricated using an anode film mixture containing soft carbon and hard carbon at a ratio of about 1: 1 as a lithium ion intercalated carbon component proved to have an average capacitance of about 18.58 F and an average equivalent series resistance of about 0.31 OMEGA did. As shown in FIG. 3, a lithium ion capacitor comprising an anode made using an anode film mixture comprising soft carbon and hard carbon has a reduced (and improved) battery life compared to a lithium ion capacitor having an anode with only light carbon Proving ESR performance while demonstrating the desired capacitance. In one embodiment, an improvement in ESR of about 30% or less has been demonstrated. In one embodiment, a lithium ion capacitor having an anode comprising about 1: 1 soft carbon and hard carbon has a reduced ESR of about 15% to about 30% compared to a lithium ion capacitor having an anode containing only hard carbon , And includes from about 20% to about 30%.
도 4a 및 4b는, 리튬 이온 캐패시터의 사이클링 전후에 밀리옴(mΩ)으로 표시된 다양한 리튬 이온 캐패시터의 전기화학적 임피던스 분광 (EIS) 성능 곡선을 도시한다. 임피던스의 가상 성분은 y-축 (Zim)에 도시되고 임피던스의 실제 성분은, x-축 (Zre)에 도시된다. 도 4a 및 4b의 리튬 이온 캐패시터는, 경질 탄소만, 연질 탄소만, 또는 경질 탄소 및 연질 탄소 둘 다를 포함하는 애노드 전극 필름을 포함하는 애노드를 사용하여 제조되었다. 애노드는 본원에 기재된 하나 이상의 공정에 따라 제조될 수 있다. 도 4a는, 각각의 리튬 이온 캐패시터의 사이클링 전에 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소를 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터의 EIS 성능 곡선(402A), 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 연질 탄소를 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터의 EIS 성능 곡선(404A), 및 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소 및 연질 탄소를 약 1:1 비로 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터의 EIS 성능 곡선(406A)을 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, EIS 성능 곡선(404A 및 406A)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터는, EIS 성능 곡선(402A)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터에 비해, 사이클링 전에 낮은 임피던스를 입증했다. 예를 들면, EIS 성능 곡선(404A 및 406A)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터는 약 250 mΩ의 임피던스를 입증하고, EIS 성능 곡선(402A)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터는 사이클링 전에 약 350 mΩ의 임피던스를 입증했다. 사이클링 전에 낮은 임피던스를 입증하는 리튬 이온 캐패시터는 낮은 등가 직렬 저항(ESR)을 입증할 수 있다. 4A and 4B show electrochemical impedance spectroscopy (EIS) performance curves of various lithium ion capacitors, expressed in milliohms (m?) Before and after cycling of the lithium ion capacitor. The imaginary component of the impedance is plotted on the y-axis (Z im ) and the actual component of the impedance is plotted on the x-axis (Z re ). The lithium ion capacitors of Figures 4A and 4B were fabricated using an anode comprising an anode electrode film comprising only light carbon, only soft carbon, or both light and soft carbon. The anode can be made according to one or more of the processes described herein. 4A is a graph showing the
도 4b는, 1,000 충방전 사이클에 대해 각각의 리튬 이온 캐패시터의 사이클링 후, EIS 성능 곡선(402A)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터의 EIS 성능 곡선(402B), EIS 성능 곡선(404A)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터의 EIS 성능 곡선(404B), EIS 곡선(406A)의 리튬 이온 캐패시터에 상응하는 EIS 성능 곡선(406B)을 도시한다. 각 충방전 사이클에서, 리튬 이온 캐패시터는 약 20℃ 내지 약 25℃의 온도에서 약 4.2 볼트(V)의 전압에서 충전하고 약 2.2 V의 전압에서 방전되었다. 리튬-이온 캐패시터는 30C의 C-레이트를 갖는 전류(약 1시간에 캐패시터의 최대 용량을 완전히 또는 실질적으로 완전히 충전 또는 방전하기 위해 필요로 되는 약 30 회의 전류)를 사용하여 충전되고 방전되었다. 4B shows the
도 4b에 도시된 바와 같이, 전기화학적 임피던스 분광법 성능 곡선(404B)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터 또는 경질 탄소 및 연질 탄소를 포함하는 애노드를 갖는 캐패시터는, 사이클링 후 낮은 임피던스를 갖는 것이 발견되고, 따라서 사이클링 후 낮은 등가 직렬 저항(ESR)을 입증할 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, EIS 성능 곡선(406B)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터는, 약 250 mΩ의 임피던스를 입증하고, 예를 들면, 사이클링 전에 입증된 것에 필적할 만한 임피던스인 것을 입증한다. 한편, EIS 성능 곡선(404B)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터는 약 300 mΩ의 임피던스를 입증하고, EIS 성능 곡선(402B)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터는 약 400 mΩ의 ESR을 입증했다. As shown in FIG. 4B, a capacitor having a lithium ion capacitor or an anode comprising light carbon and soft carbon corresponding to the electrochemical impedance
도 4a 및 4b에서 리튬 이온 캐패시터의 성능과 비교하면, 캐패시터의 사이클링 전후, 연질 탄소 및 경질 탄소를 포함하는 리튬 이온 캐패시터는, 감소한 전체 시스템 저항 및/또는 감소한 저항 성능의 시프트를 입증했다. 예를 들면, 도 4b를 참조하면, 고체-전해질 계면(SEI)의 저항 특징에 상응하는 곡선(406B)의 부분은, 사이클링 후에 크기 및/또는 형상에서의 감소한 시프트를 나타낼 수 있고, 예를 들면, 약 50 mΩ과 약 170 mΩ사이의 곡선(406B)의 부분은, 곡선(404B 및 402B)의 상응하는 부분이다. 곡선의 일부분의 크기 및/또는 형상의 감소한 시프트는 애노드에서 연질 탄소 및 경질 탄소를 포함하는 리튬 이온 캐패시터가 개선된 안정성을 갖는 고체-전해질 계면 (SEI)를 제공할 수 있는 것을 나타낸다.Compared to the performance of lithium ion capacitors in Figures 4A and 4B, lithium ion capacitors comprising soft carbon and hard carbon before and after cycling of the capacitors demonstrated a shift in reduced overall system resistance and / or decreased resistance performance. For example, referring to FIG. 4B, the portion of
도 5는 2개의 리튬 이온 캐패시터의 사이클링 성능을 도시한다. 도 5에서의 그래프는 사이클의 수를 x-축, 및 초기 캐패시터 전기용량의 백분율로서 전기용량을 y-축에 도시한다. 도 5에 도시된 사이클링 성능 곡선(502)은, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소 및 연질 탄소를 갖는 전극 필름 혼합물을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터에 상응하고, 사이클링 성능 곡선(504)은, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소만을 갖는 전극 필름 혼합물을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터에 상응한다. 사이클링 성능 곡선(502)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터의 애노드에서 경질 탄소 대 연질 탄소의 비는, 약 1:1이다. 각 사이클에서, 리튬 이온 캐패시터는 약 20℃ 내지 약 25℃의 온도, 및 약 30C의 C-레이트를 갖는 전류에서 약 4.2 볼트(V)의 전압으로 충전하고 약 2.2 V의 전압으로 방전되었다. 도 5는, 경질 탄소 및 연질 탄소를 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐피시터에 의해서 개선된 라이프 사이클 성능을 도시한다. 경질 탄소 및 연질 탄소를 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터는, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소만을 갖는 리튬 이온 캐패시터에 비해, 많은 충방전 사이클 후 감소한 전기용량, 또는 전기용량 페이드 성능 감소를 입증했다. 예를 들면, 사이클링 성능 곡선(502)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터는 약 2,000 충방전 사이클, 약 4,000 충방전 사이클, 및/또는 약 6,000 충방전 사이클 후 감소한 전기용량 페이드 성능을 입증할 수 있다. 도 5에서 성능 실험에 의해서 입증된 바와 같이, 일 실시형태에서, 경질 탄소 및 연질 탄소를 갖는 캐패시터는, 약 4,000 충방전 사이클, 및 약 6,000 충방전 사이클 후를 포함하는 많은 충방전 사이클 후 전기용량 페이드의 약 5% 이하의 감소를 제공할 수 있다. Figure 5 shows the cycling performance of two lithium ion capacitors. The graph in Fig. 5 shows the number of cycles on the x-axis and the capacitance on the y-axis as a percentage of the initial capacitor capacitance. The
도 6은, 경질 탄소를 포함하는 전극 필름 혼합물을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터 및 경질 탄소 및 흑연을 약 1:1의 비로 포함하는 전극 필름 혼합물을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터의, 페러데이(F)로 표시되는 전기용량 성능, 및 옴(Ω)으로 표시되는 등가 직렬 저항(ESR) 성능이 열거된 표로 도시된다. 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분이 경질 탄소만을 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용하여 제조된 캐패시터는, 평균 전기용량 약 16.89 F, 및 평균 등가 직렬 저항 약 0.40 Ω인 것을 입증했다. 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 흑연 및 경질 탄소를 약 1:1비로 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용하여 제조되는 캐패시터는 평균 전기용량 약 16.72 F 및 평균 등가 직렬 저항 약 0.36 Ω인 것을 입증했다. 도 6은, 경질 탄소 및 흑연을 사용하여 제조된 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터는 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소만을 사용하여 제조된 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터에 비해, 개선된 감소한 ESR을 갖는 유사한 전기 용량 성능을 도시한다. 도 6에서 ESR 성능에 의해 입증된 바와 같이, 일 실시형태에서, ESR의 감소는 약 15% 이하일 수 있고, 약 10%, 및 약 12%를 포함한다. 예를 들면, 2개의 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분, 예를 들면, 경질 탄소 및 흑연을 사용해서 제조된 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터는, 감소한 ESR을 입증하면서 원하는 전기용량을 유지하거나 실질적으로 유지할 수 있다.FIG. 6 is a graph of a lithium ion capacitor having a lithium ion capacitor having an anode including an electrode film mixture containing light carbon and an anode including an electrode film mixture containing light carbon and graphite at a ratio of about 1: 1, (F), and an equivalent series resistance (ESR) performance expressed in ohms ([Omega]). The capacitor fabricated using the anode film mixture in which the lithium ion implanted carbon component only contains light carbon has an average capacitance of about 16.89 F and an average equivalent series resistance of about 0.40 ohms. The capacitor fabricated using an anode film mixture containing lithium ion intercalated carbon components at a ratio of about 1: 1 graphite and light carbon was found to have an average capacitance of about 16.72 F and an average equivalent series resistance of about 0.36 OMEGA. Figure 6 shows that a lithium ion capacitor having an anode made using hard carbon and graphite has an improved reduced ESR as compared to a lithium ion capacitor having an anode made using only light carbon as the carbon component into which lithium ions are inserted Shows similar capacitive performance. As evidenced by the ESR performance in FIG. 6, in one embodiment, the reduction in ESR can be about 15% or less, about 10%, and about 12%. For example, a lithium ion capacitor having an anode made using two lithium ion intercalated carbon components, such as hard carbon and graphite, can maintain or substantially maintain the desired capacitance while demonstrating reduced ESR have.
도 7은 2개의 리튬 이온 캐패시터의 사이클링 성능을 도시한다. 도 7에서의 그래프는, x-축은 사이클의 수, y-축은 초기 캐패시터 전기용량의 백분율로서의 전기용량을 도시한다. 사이클링 성능 곡선(702)은 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소 및 흑연을 갖는 전극 필름 혼합물을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터에 상응한다. 사이클링 성능 곡선(704)은 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소를 갖는 전극 필름 혼합물을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터에 상응한다. 사이클링 성능 곡선(702)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터의 경질 탄소 대 흑연의 비는 약 1:1이다. 각 사이클에서, 리튬 이온 캐패시터는 약 20℃ 내지 약 25℃의 온도 및 약 30C의 C-레이트를 갖는 전류에서 약 4.2 볼트 (V)의 전압에서 충전되고 약 2.2 V의 전압에서 방전되었다. Figure 7 shows the cycling performance of two lithium ion capacitors. 7, the x-axis shows the number of cycles and the y-axis shows the capacitance as a percentage of the initial capacitor capacitance.
도 7은, 경질 탄소 및 연질 탄소를 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터의 개선된 라이프 사이클 성능을 도시하고, 예를 들면, 많은 충방전 사이클 후 초기 전기용량의 백분율로 표시되는, 감소한 전기용량 페이드 성능을 입증한다. 예를 들면, 사이클링 성능 곡선(702)에 상응하는 리튬 이온 캐패시터는, 약 2,000 충방전 사이클, 약 4,000 충방전 사이클, 및 6,000 충방전 사이클 후 지속되는 감소한 전기용량 페이드 (및 따라서 개선된 캐패시터 성능)을 입증했다. 따라서, 도 7은, 일 실시형태에서, 경질 탄소 및 흑연을 갖는 캐패시터는, 약 2,000 충방전 사이클을 포함하는 많은 충방전 사이클 후 전기용량 페이드 약 10% 이하 감소를 입증할 수 있는 것을 입증한다. 도 7의 성능 실험에 의해서 입증된 바와 같이, 일 실시형태에서, 경질 탄소 및 흑연을 갖는 캐패시터는, 약 4,000 충방전 사이클, 및 약 6,000 충방전 사이클을 포함하는 많은 충방전 사이클 후, 전기용량 페이드 약 15% 이하의 감소를 입증할 수 있다. 도 5 및 7을 참조하면, 경질 탄소 및 흑연을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터는, 경질 탄소 및 연질 탄소를 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터에 비해, 증가한 전기용량 페이드 성능의 개선을 입증했다.Figure 7 shows the improved lifecycle performance of a lithium ion capacitor with an anode comprising light carbon and soft carbon and shows a reduced capacitive fade, for example, expressed as a percentage of the initial capacity after many charge- Prove performance. For example, a lithium ion capacitor corresponding to the
도 8은, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소만을 포함하는 전극 필름 혼합물을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터, 및 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 연질 탄소 및 경질 탄소를 약 9:1 내지 약 1:9의 비로 포함하는 전극 필름 혼합물을 포함하는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터의 페러데이(F)로 표시되는 전기용량 성능, 및 옴(Ω)으로 표시되는 등가 직렬 저항(ESR) 성능을 열거하는 표를 도시한다.8 shows a lithium ion capacitor having an anode including an electrode film mixture containing only a light carbon as a carbon component into which lithium ions are inserted and a lithium ion capacitor having a lithium ion- (F) of a lithium ion capacitor having an anode including an electrode film mixture containing a ratio of about 1: 9, and an equivalent series resistance (ESR) performance expressed in ohms (Ω) Table.
리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소만을 포함하는 애노드 필름 혼합물을 포함하는 캐패시터는 평균 전기용량 약 17.51 F, 및 평균 등가 직렬 저항 약 0.40 Ω인 것을 입증했다. 한편, 연질 탄소 및 경질 탄소를 약 9:1의 비로 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용하여 제조된 캐패시터는, 평균 전기용량 약 18.61 F 및 평균 등가 직렬 저항 약 0.31 Ω인 것을 입증했다. 연질 탄소 및 경질 탄소를 약 1:9의 비로 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용하여 제조된 캐패시터는 평균 전기용량 약 18.46 F 및 평균 등가 직렬 저항 약 0.33 Ω인 것을 입증했다. A capacitor comprising an anode film mixture containing only light carbon as the carbon component into which lithium ions are inserted proved to have an average capacitance of about 17.51 F and an average equivalent series resistance of about 0.40 OMEGA. On the other hand, the capacitor fabricated using an anode film mixture containing soft carbon and light carbon at a ratio of about 9: 1 proved to have an average capacitance of about 18.61 F and an average equivalent series resistance of about 0.31 OMEGA. Capacitors made using an anode film mixture containing soft carbon and light carbon at a ratio of about 1: 9 demonstrated an average capacitance of about 18.46 F and an average equivalent series resistance of about 0.33 ohms.
도 8은, 경질 탄소 및 연질 탄소를 약 1:9 및 9:1로 갖는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터가, 원하는 전기용량 성능을 입증하면서 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소만을 갖는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터에 비해, 감소한 ESR 성능을 나타내는 것을 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 연질 탄소 및 경질 탄소를 약 1:9, 또는 더 바람직하게는, 9:1의 비로 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용하여 제조된 리튬 이온 캐패시터는, 경질 탄소만을 포함하는 캐패시터에 비해, 낮은 ESR (및 따라서 개선된 전기적 성능)을 입증할 수 있다. 도 8은, 예를 들면, 연질 탄소 및 경질 탄소를 약 9:1의 비로 포함하는 애노드 필름 혼합물을 포함하는 리튬 이온 캐패시터에 의해서 입증된 ESR 성능의 개선은, 경질 탄소만을 포함하는 애노드 필름 혼합물을 포함하는 리튬 이온 캐패시터에 비해, 약 30% 이하이고, 약 20% 내지 약 30%, 또는 약 25% 내지 약 30%를 포함할 수 있는 것을 도시한다. 예를 들면, 연질 탄소 및 경질 탄소를 약 1:9의 비로 포함하는 애노드 필름 혼합물을 포함하는 리튬 이온 캐패시터에 의해 입증된 ESR의 개선은, 경질 탄소만을 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용하여 제조된 리튬 이온 캐패시터에 비해, 약 20% 이하이고, 약 10% 내지 약 20%, 또는 약 15% 내지 약 20%를 포함할 수 있다.Figure 8 shows that a lithium ion capacitor having an anode having about 1: 9 and 9: 1 hard carbon and soft carbon has an anode with only hard carbon as the carbon component into which the lithium ion is inserted while demonstrating the desired capacitive performance. Shows a reduced ESR performance as compared with a lithium ion capacitor. As shown in Figure 8, a lithium ion capacitor made using an anode film mixture comprising soft carbon and hard carbon at a ratio of about 1: 9, or more preferably 9: 1, (And hence improved electrical performance) compared to a capacitor. 8 shows that the improvement in ESR performance demonstrated by a lithium ion capacitor comprising, for example, an anode film mixture comprising soft carbon and light carbon at a ratio of about 9: 1, Or less, about 30% or less, about 20% to about 30%, or about 25% to about 30%, as compared to the lithium-ion capacitor containing lithium. For example, the improvement in ESR demonstrated by a lithium ion capacitor comprising an anode film mixture comprising soft carbon and light carbon at a ratio of about 1: 9 is achieved by using lithium produced using an anode film mixture containing only hard carbon Ionic capacitor, about 20% or less, about 10% to about 20%, or about 15% to about 20%.
도 9는, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소만을 포함하는 전극 필름 혼합물로부터 제조된 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터 및 연질 탄소 및 경질 탄소를 약 7:3의 비로 포함하는 전극 필름 혼합물로부터 제조되는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터의 페러데이(F)로 표시되는 전기용량 성능, 및 옴(Ω)으로 표시되는 등가 직렬 저항(ESR) 성능을 열거한 표로 도시된다. Fig. 9 is a graph showing the results of a comparison between a lithium ion capacitor having an anode made from an electrode film mixture containing only a light carbon as a carbon component into which lithium ions are inserted and an electrode film mixture containing soft carbon and light carbon at a ratio of about 7: 3 The capacitance performance indicated by the ferrode (F) of the lithium ion capacitor having the anode, and the equivalent series resistance (ESR) performance expressed in ohm (OMEGA).
리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소만을 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용하여 제조된 캐패시터는 평균 전기용량 약 17.51 F, 및 평균 등가 직렬 저항 약 0.40 Ω을 입증했다. 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 연질 탄소 및 경질 탄소를 약 7:3의 비로 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용하여 제조된 캐패시터는 평균 전기용량 약 18.21 F 및 평균 등가 직렬 저항 약 0.33 Ω인 것을 입증했다. 도 9는, 연질 탄소 및 경질 탄소를 약 7:3의 비로 갖는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터가, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소만을 갖는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터에 비해, 감소한 ESR (및 따라서 개선된 캐패시터 성능)을 나타내는 것을 입증한다. 도 9는, 예를 들면, 이러한 ESR의 개선은 약 20% 이하이고, 약 10% 내지 약 20%, 약 15% 내지 약 20%, 예를 들면, 약 17%을 포함할 수 있는 것을 도시한다.The capacitor fabricated using the anode film mixture containing only the light carbon as the carbon component into which the lithium ion was inserted proved an average capacitance of about 17.51 F and an average equivalent series resistance of about 0.40 ?. Capacitors made using an anode film mixture containing soft carbon and hard carbon as lithium-ion intercalated carbon components in a ratio of about 7: 3 proved to have an average capacitance of about 18.21 F and an average equivalent series resistance of about 0.33 OMEGA . Figure 9 shows that a lithium ion capacitor having an anode having a soft carbon and a hard carbon at a ratio of about 7: 3 has a reduced ESR (and, as compared to a lithium ion capacitor having an anode having only light carbon as a carbon component into which lithium ions are inserted Thus improved capacitor performance). Figure 9 shows that such improvement in ESR can be about 20% or less, about 10% to about 20%, about 15% to about 20%, for example about 17% .
도 10은, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소만을 포함하는 전극 필름 혼합물로부터 제조된 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터, 및 경질 탄소, 연질 탄소 및 흑연을 약 1:1:1의 비로 포함하는 전극 필름 혼합물로부터 제조된 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터의 페러데이(F)로 표시되는 전기용량 성능, 및 옴(Ω)으로 표시되는 등가 직렬 저항(ESR) 성능을 열거하는 표를 도시한다. 10 is a graph showing the relationship between a lithium ion capacitor having an anode made from an electrode film mixture containing only a light carbon as a carbon component into which lithium ions are inserted and an electrode having a ratio of light carbon, soft carbon, and graphite at a ratio of about 1: (F) of a lithium ion capacitor having an anode made from a film mixture, and Equivalent Series Resistance (ESR) performance expressed in Ohms (Ω).
리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소만을 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용하여 제조된 캐패시터는, 평균 전기용량 약 16.58 F, 및 평균 등가 직렬 저항 약 0.52 Ω인 것을 입증했다. 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소, 연질 탄소 및 흑연을 약 1:1:1의 비로 포함하는 애노드 필름 혼합물을 사용하여 제조된 캐패시터는 평균 전기용량 약 18.02 F 및 평균 등가 직렬 저항 약 0.35 Ω인 것을 입증했다. 도 10은, 경질 탄소, 연질 탄소 및 흑연을 약 1:1:1의 비로 갖는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터가, 리튬 이온이 삽입된 탄소 성분으로서 경질 탄소만을 갖는 애노드를 갖는 리튬 이온 캐패시터에 비해, 감소한 ESR (및 따라서 개선된 캐패시터 성능)을 나타내는 것을 도시한다. 예를 들면, ESR의 개선은 약 35% 이하이고, 약 10% 내지 약 35%, 또는 약 25% 내지 약 35%를 포함한다. The capacitor fabricated using the anode film mixture containing only the light carbon as the carbon component with the lithium ion inserted proved to have an average capacitance of about 16.58 F and an average equivalent series resistance of about 0.52 Ω. A capacitor made using an anode film mixture containing lithium carbon as an intercalated carbon component at a ratio of about 1: 1: 1 of hard carbon, soft carbon and graphite has an average capacitance of about 18.02 F and an average equivalent series resistance of about 0.35? . 10 is a graph showing the relationship between a lithium ion capacitor having an anode having a hard carbon, a soft carbon and a graphite at a ratio of about 1: 1: 1 in comparison with a lithium ion capacitor having an anode having only a light carbon as a carbon component into which lithium ions are inserted, Exhibit reduced ESR (and hence improved capacitor performance). For example, the improvement in ESR is about 35% or less, about 10% to about 35%, or about 25% to about 35%.
본 발명은 특정한 실시형태 및 실시예의 문맥에서 개시되어 있지만, 당업자는 본 발명의 또 다른 실시형태 및/또는 사용 및 그 명백한 변형 또는 상당물에 대해 구체적으로 개시된 실시형태를 넘어서 확장되는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 실시형태의 여러 변형이 상세하게 표시되고 기재되지만, 본 발명의 범위 내에서 그 외의 변형은 본 개시내용에 기초해서 당업자에게 용이하게 명백하게 될 것이다. 실시형태의 특정한 특징 및 형태의 다양한 조합 또는 하위 조합이 이루어지고 본 발명의 범위 내에서 있는 것으로 여겨진다. 본 발명의 실시형태의 다양한 모드를 형성하기 위해 개시된 실시형태의 다양한 특징 및 형태는 그 외의 것과 조합되거나 대체될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본원에 개시된 본 발명의 범위는 상기 기재된 특정 실시형태에 의해 제한되지 않아야 하는 것으로 의도된다.While the present invention has been disclosed in the context of particular embodiments and examples, it will be appreciated by those of ordinary skill in the art that other embodiments of the invention and / or uses and obvious variations or equivalents thereof may extend beyond the specifically disclosed embodiments . In addition, while various modifications of the embodiments of the present invention are shown and described in detail, other modifications within the scope of the present invention will be readily apparent to those skilled in the art based on the present disclosure. It is contemplated that various combinations or subcombinations of the specific features and forms of the embodiments are made and are within the scope of the present invention. It is to be understood that various features and forms of the disclosed embodiments for forming the various modes of embodiments of the present invention may be combined or substituted with others. It is therefore intended that the scope of the invention disclosed herein should not be limited by the particular embodiments described above.
본원에 제공된 표제는 필요에 따라 편이를 위한 것으로 반드시 본원에 개시된 장치 및 방법의 범위 또는 의미에 영향을 미치는 것은 아니다.The headings provided herein are for convenience only as needed and do not necessarily affect the scope or meaning of the apparatus and methods disclosed herein.
Claims (26)
제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함하는 애노드; 및
상기 애노드와 캐소드 사이의 분리막;
을 포함하는 에너지 저장 장치.
Cathode;
An anode including a carbon component into which a first lithium ion is inserted and a carbon component into which a second lithium ion is inserted; And
A separation membrane between the anode and the cathode;
≪ / RTI >
상기 에너지 저장 장치는 리튬 이온 캐패시터를 포함하는, 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the energy storage device comprises a lithium ion capacitor.
상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 경질 탄소를 포함하는, 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon component into which the first lithium ion is embedded comprises light carbon.
상기 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 연질 탄소 또는 흑연을 포함하는, 에너지 저장 장치.
The method of claim 3,
And the carbon component into which the second lithium ion is inserted comprises soft carbon or graphite.
제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 더 포함하고, 상기 제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 상기 연질 탄소 또는 흑연 중 다른 하나를 포함하는, 에너지 저장 장치.
5. The method of claim 4,
Further comprising a carbon component into which a third lithium ion is inserted, and a carbon component into which the third lithium ion is inserted comprises another one of the soft carbon or graphite.
상기 애노드는 상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 상기 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 1:19 내지 19:1의 비로 포함하는, 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the anode contains the carbon component into which the first lithium ion is inserted and the carbon component into which the second lithium ion is inserted in a ratio of 1:19 to 19: 1.
상기 비는 1:1인, 에너지 저장 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the ratio is 1: 1.
상기 애노드는 상기 에너지 저장 장치의 전기전도도를 개선하기 위해서 구성되는 전도성 첨가제를 더 포함하는, 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the anode further comprises a conductive additive configured to improve electrical conductivity of the energy storage device.
상기 애노드는 상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분의 80 중량% 내지 97 중량%을 포함하는, 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the anode comprises 80 wt% to 97 wt% of the carbon component into which the first lithium ion is inserted and the second lithium ion is inserted.
상기 애노드 및 상기 캐소드는 리튬 이온 배터리의 애노드 및 캐소드를 포함하는, 에너지 저장 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the anode and the cathode comprise an anode and a cathode of a lithium ion battery.
And a carbon component into which a first lithium ion is inserted and a carbon component into which a second lithium ion is inserted.
상기 에너지 저장 장치는 리튬 이온 캐패시터를 포함하는, 애노드.
12. The method of claim 11,
Wherein the energy storage device comprises a lithium ion capacitor.
상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 경질 탄소를 포함하는, 애노드.
12. The method of claim 11,
Wherein the carbon component into which the first lithium ion is embedded comprises light carbon.
상기 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 연질 탄소 또는 흑연을 포함하는, 애노드.
14. The method of claim 13,
And the carbon component into which the second lithium ion is inserted comprises soft carbon or graphite.
제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 더 포함하는, 애노드.
12. The method of claim 11,
Further comprising a carbon component having a third lithium ion inserted therein.
상기 애노드는 상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 상기 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 1:19 내지 19:1의 비로 포함하는, 애노드.
12. The method of claim 11,
Wherein the anode contains the carbon component into which the first lithium ion is inserted and the carbon component into which the second lithium ion is inserted in a ratio of 1:19 to 19: 1.
상기 애노드는, 상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 상기 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 80 중량% 내지 97 중량% 포함하는, 애노드.
12. The method of claim 11,
Wherein the anode comprises 80 wt% to 97 wt% of the carbon component into which the first lithium ion is inserted and the carbon component into which the second lithium ion is inserted.
제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 제공하는 단계;
제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 제공하는 단계;
섬유화 가능한 바인더 성분을 제공하는 단계; 및
전극을 형성하는 전극 필름 혼합물을 제공하기 위해, 상기 섬유화 가능한 바인더 성분, 상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 결합하는 단계를 포함하는, 방법.
A method of manufacturing an energy storage device,
Providing a carbon component into which a first lithium ion is inserted;
Providing a carbon component into which a second lithium ion is inserted;
Providing a fiberizable binder component; And
And combining the fibrous binder component, the carbon component into which the first lithium ion is inserted, and the carbon component into which the second lithium ion is inserted, to provide an electrode film mixture that forms an electrode.
상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 경질 탄소를 포함하고, 상기 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 연질 탄소 또는 흑연을 포함하는, 방법.
19. The method of claim 18,
Wherein the carbon component into which the first lithium ion is inserted comprises hard carbon and the carbon component into which the second lithium ion is inserted comprises soft carbon or graphite.
상기 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 상기 연질 탄소를 포함하고, 상기 전극 필름 혼합물은 상기 경질 탄소 및 상기 연질 탄소를 1:1의 비로 포함하는, 방법.
20. The method of claim 19,
Wherein the carbon component into which the second lithium ion is inserted comprises the soft carbon, and the electrode film mixture includes the hard carbon and the soft carbon at a ratio of 1: 1.
제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분은 흑연을 포함하는, 방법.
21. The method of claim 20,
Further comprising the step of providing a carbon component into which a third lithium ion is inserted, wherein the carbon component into which the third lithium ion is inserted comprises graphite.
상기 전극 혼합물은, 상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분, 상기 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 상기 제3리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 80 중량% 내지 97 중량% 포함하는, 방법.
22. The method of claim 21,
Wherein the electrode mixture contains 80 wt% to 97 wt% of the carbon component into which the first lithium ion is inserted, the carbon component into which the second lithium ion is inserted, and the carbon component into which the third lithium ion is inserted.
섬유화 가능한 바인더 성분 및 상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 상기 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함하는 전극 혼합물을 제공하기 위해 상기 섬유화 가능한 바인더 성분을 섬유화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
19. The method of claim 18,
Further comprising the step of fiberizing the fibrous binder component to provide an electrode mixture comprising a fibrous binder component and a carbon component into which the first lithium ion has been inserted and a carbon component into which the second lithium ion has been inserted .
전극 필름을 형성하기 위해 상기 섬유화 가능한 바인더 성분 및 상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 상기 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분을 포함하는 상기 전극 필름 혼합물을 압축하는 단계를 더 포함하는, 방법.
24. The method of claim 23,
Further comprising the step of compressing the electrode film mixture comprising the fibrous binder component and the carbon component into which the first lithium ion has been inserted and the carbon component into which the second lithium ion has been inserted to form an electrode film .
전도성 탄소 성분을 제공하는 단계, 및 상기 전극 필름 혼합물을 제공하기 위해 상기 전도성 탄소 성분을 상기 섬유화 가능한 바인더 성분, 상기 제1리튬 이온이 삽입된 탄소 성분 및 상기 제2리튬 이온이 삽입된 탄소 성분과 결합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
19. The method of claim 18,
Providing a conductive carbon component; and providing the conductive carbon component to the fibrous binder component, the carbon component into which the first lithium ion is inserted, and the carbon component into which the second lithium ion is inserted, ≪ / RTI >
상기 에너지 저장 장치는 리튬 이온 캐패시터를 포함하고, 상기 전극은 상기 리튬 이온 캐패시터의 애노드를 포함하는, 방법.19. The method of claim 18,
Wherein the energy storage device comprises a lithium ion capacitor and the electrode comprises an anode of the lithium ion capacitor.
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